ひびわれの生じたコンクリート壁からの気体漏洩に関する基礎的実験

【論　 文】 UDC ：69

．

022

．

1：691

．

32 日本 建築 学 会構 造 系 論 文 報 告 集 第 373 号

・

昭 和 62 年 3月

ひ

び

わ れ

の

_生

じ た

コ

ン

ク

リ

ー

ト

壁

か ら

の

　　　　気 体 漏 洩

に

関

す

る

基礎 的 実 験

正 会 員 正 会 員 正 会 員 正 会 員

鈴

滝

井

内

木

口

出

山

敏

克

政

郎

＊ 己＊ ＊ E旦 ＊ ＊＊ 豆

彦

＊ ＊ ＊ ＊ 　 §

1。

序 　特に原 子 力 関 連 施 設の設 計に おいて， ひびわ れの生 じ た鉄 筋コ ン ク リ

ー

ト壁 を通して の気体漏 洩 量 を把 握す る 必 要 性が高まっ て き ている

。

し か る に

，

この ひ び わ れ を 主要因 とし た鉄筋コンク リ

ー

ト壁の気体 漏洩に関す る研 究は_， はな はだ不 十 分で ある といわざる を得ない

。

公表 され て い る本 格 的な 研究と して は，

S．

　

H ．

　Rizkalla

，

B

_，

L。

　

Lau

，　

S ，

　

H．

　

Simmonds

の論 文 1） ， お よび

J

．

　

Tinker

，

R ．

DeL

　

Frate

_，　

S ．

H ．

　

Rizkalla

の論 文z｝

を あ げること が で きる程 度で ある

。

文 献2 ）は， 文 献

1

）の実験結 果を

，

気体の圧縮性も考慮に 入 れ て， よ り精度の よい形に再 整 理 し たもの である

。

こ の

Manitoba

大学を中心 と した研 究 （1 ）， （2 ）では

，

実験結果を基 礎に

，

実 験 式と して

，

理想ひびわ れ モ デ ル に お け る摩擦係 数を求め る という形 式の定 式化を行っ て い る。 コ ン クリ

ー

トに生ずる ひびわ れ面の巨視的お よ び微視 的 形 状の複 雑さ から考えて

，

文 献

1

），

2

）に示さ れ てい る漏洩量を把 握 する方 法は極 め て有効な もの であ る と考えて いる。 た だ し

，

文 献1）

，

2） に示さ れてい る 実 験手法

，

実 験 結 果の定 式 化 手 法に は_， 賛 成で き ない部分 も あ る

。

本論 文で用いた手 法と文 献

1

）

，2

）で_用い ら れて い る手法には そ れ ぞ れ

一

長

一

短が ある と思わ れ るの で

，

あ えて比較は行わ ない。 本 論 文で 示す手法が筆者らの_主張で あ る。 いずれに して も

，

ひび わ れ に よ る気体漏 洩の問題は実験式で取り扱わざる

’

を得 ないのが 現 状であれば

，

実験結果の蓄積は極めて重要で あ る

。

以 上がコ ン ク リ

ー

ト壁の ひび わ れによる気 体 漏 洩 に関し， 実 験 を主体と し た研究を行っ た背 景であ る。 　本 論 文は_， ひびわ れ を生じ た壁か らの_気体 漏 洩に関す る基本 的な尺度を与えん と す るもの であ り

，

コ ンクリ

ー

ト壁に生 じ た

一

本の引 張り ひびわ れ を対象と す る

。

実 験 パ ラ メ

ー

タ

ー

は

。

壁 厚

，

壁 両 側の圧 力差， ひびわ れ幅で あ る。 壁 厚は

，

15

，

30， 60cm の 3種 類， 圧 力 差 （

Ap

） の範 囲は0

．

01atm ≦

A

ρ≦2

．

　

O

　atm _（

1atm ＝1033

　_g／cm2 ≒ 1kg／cm2 ）

，

ひ び わ れ 幅 （

W

）の 範 囲 は

0．

05

　mm ≦

W

≦O

．

6mm で あ る。 試 験 体は同

一

壁 厚の もの 2体ずつ で_計

6

体で あ る。 漏洩量の測 定に用いた気 体は酸 素ガス （

0

、）で あ る。 酸 素ガス を用いた特 別な理 由は ない。 酸素ガス

，

窒素ガス _（N2_）

，

あ るいは 空気

，

いず れ を用 い て も気 体 漏 洩の本 質に は ほ と ん ど影 響が ないと判 断し た た めで あ る。正確に表現す れば

，

本実験は

，

コ ン クリ

ー

ト壁の単

一

引 張りひび わ れに よ る酸 素ガス漏 洩に関す る ものとい え よう。 　漏 洩 量の定式 化に際し て は

，

まず

，

実 験 結 果よ り漏 洩 量 （

Q

）が

，

圧 力 差 （Ap ）に比 例 する_{領 域 ψ（}A_ρ，　T，　W ） ≧0 を求 め， その比 例 領 域の み に限 定し て， 漏 洩 量 （

Q

） を壁 厚 （T）

，

ひびわ れ幅 （W ）

，

圧 力 差 （Ap ）， 酸 素ガス の 粘 性 係 数 （μ）， 骨 材の最 大 粒 径 の ）の 関 数と して定 式 化 し た

。

　§2

．

試 験 体 　試 験 体の形 状

・

寸 法等を

Fig．

1

〜

3に示す

。

　

Fig，

1に 示 す もの は壁 厚60cm の試 験 体，　

Fig．

2は壁 厚30　cm の 試 験 体，

Fig．

3は壁 厚 15cm の試 験 体で あ り

，

そ れ ぞ れ 5pec ∫nCee

「

到

ロ19

L

皿 」

　

sc「ew 　 零 東 京 工 業 大 学 　教 授

・

工 博 　It _{東京工業大学　助 教 授}

・

_工博 ＃ “ _{東 京工業 大 学 　 大学 院生} ＃ ＃ _{巴 組 鐵 工 所 （元 東 工 大 卒 論 生 ）} 　 　 〔昭 和61年7月 10日原 稿 受理｝

］

蜘

　 　 　 Fig

．

1 ノ

广

PC日

゜

「

　　bl 」コ と1 愈 翌

．

．

、

2且 三

．

9

．

脚

…

ヨ

1 　 2

旨

［1…

loo

　曙 撃蓐61_；

1』

漕

『

r

；；

’

　　　　1

．

　

ヨ

…

r」

i雨

．

11 …i

．

i靤

」

‘

．

．

」

．

　 　

。

9

ぴ

照

一

！

薩

⊃

1

一

Specimen （T

＝

6〔｝cm ）

一 27 一

　 pcSeF

：

靆

嘱

出

∫pcee 「

一

1

　 P　 ar

〕

調

土 匝

ヨ

Fig

．

2

　Specimen （

T ＝

30　cm _＞Fig

．

3

Spec血 en _〈

T ＝

15　cm _）

同

一

寸 法の もの を2体 ずつ _作製 した

。

試験体の中央 部の 幅が小 さ くなっているの は

，

この部 分に引 張 りひびわ れ を生じ さ せ る ためで ある

。

D19 は コ ン ク リ

ー

トに引 張 り力 を伝える た めの もので あ り，

PC

鋼棒は ひ び わ れ幅 を制 御 する ための ものである

。

埋 込みナッ トは圧 力箱

，

シ

ー

ル用のゴム を押え る鋼 板， 測 定 治 具を取 り付け る た めの もの である

。

　試 験体リス トを

Table

　

1

に示す が

，

試 験体 名は

，

［壁 厚の cm 表 示］

一

［

A

ま た は

B

で同

一

壁厚の _{試 験 体}を区 別 す る た め の記号｝と し た。 　コンクリ

ー

トの打設 3 日後に_脱型を行い

，

_脱型直後に 乾燥 収 縮その_他の_原因で試 験 体に ひび わ れ が生 じない よ う に，

PC

鋼棒を 4 本同

一

の引 張り力にな るよ うに締め 付け た

。

四本の

PC

鋼 棒の 引張 り ひずみが

，

約0

．

1％ を保つ よ う に実 験 開 始直前まで

，

毎 日締め直し を行っ た。 試 験 体の養 生は

，

時々水を か け な が ら気 中 （実 験 室 内 ） で行っ た。

　

本実 験で使 用 したコ ンク リ

ー

トは

，

水セ メ ン ト比39 ％ス ランプ8cm の普 通コ ン ク リ

ー

トであ り

，

各 試 験 体 共通である

。

使 用し たコ ンク リ

ー

トの_調合 を

Table

　2に 示す

。

セメ ン トは普 通 ボル トラ ン ドセ メン ト

，

粗 骨 材は 奥 多摩産 砕 石， 細 骨 材は君 津産 陸 砂 （重量 比 70％）と 青 梅産 砕 砂 （重量 比 30％）の混合砂で ある

。Fig．

4は コ ン クリ

ー

トに含ま れ る骨材の粒度分布 を示し たもの で あ る。 最大粗骨 材 粒 径は20mm で あ る

。

15

−A

， 30

−A ，

60−A

試 験 体の実 験が終 了し た時 点で_行っ た コ ン クリ

ー

トシ リンダ

ー

試 験の_結果を

Table

　3に示 す。

　

§3

．

シ

ー

リング 　試 験体に引張り力 を加え_， ひび わ れ を発生 さ せ

，

壁 片 側表面か ら酸素ガスを流 入さ せ

，

壁の_裏面に流 出させ る わ けで あ る が

，

その時

，

流入 し た酸素ガス が 他の部 分か らは漏 洩せずにすべ _て壁裏面に流 出する よ う に側 面に は シ

ー

リングを施こす必 要が ある。 側 面を シ

ー

リングする 手 順を以 下に示す

。

　

試 験 体を横に して_，側 面に 3mm 厚の ゴ ムプレ

ー

ト（硬

一 28 一

Table　lList　of 　specimens

T（wall 　thicknes8 ） 15cm30cm60cm Na

皿

e　of　specimen15

−

Al5

−

B30

−

A30

−

B60

−

A60

−

B Table　

2

　 Mix　_proportion　of 　concrete 肬

幾

Wdtor163Cerrent41sM ■xP 　ertien ‘kgim3） Fine

　

A 　 　 　 　 Coarse

　

A 　 71S 　 　 　 　 1023Adm 朕豊urelO45SLump（cm ｝ 　 e Maximum 　Slze　ot　Coarse　Aggregate 　 　20　mm

Table3　Mechnical　_properties　of　concrete

Curing ln　Air Age　of　Concrete 55（dα

ys

_） Compressive 　　　　Strength

30、

4（MPo ） Splitting　Tensi1e 　　　　　Strongth 234 （MPo ） Dαte　of　PlocingOctober

，

22

　　　　1985 Diロmeter 　qnd

Heigh

電of　cylinder1

°φX20 ｛、m ） 　100 　 go88 。 墨

．

70 己60 ぎ

18

言3。

§

ll

Sieve

　

AnqIysis

　

Curve

Q15

．

　α3　　06　　12　　Z5 　　 5 　　　10　15  　箆₃₀ω 50 　 　 　 Sieve　Opening（mm ）

　 　 　Fig

．

4　Sieve　analysis 　curve

Fig

．

5　Sealing　method

Bott 度30度 ） をゴム接 着 剤 （エ _{ポ キシ系 接 着 剤}で硬 化 後は 硬 度60度の ゴム_状に な る もの _）で試 験体に 接 着 し

，

溝 と形 状 を同

一

にする木 材 （型わ く に使 用し た もの ）をゴ ム プレ

ー

トの 上に乗せて

，

接 着 剤が流れ た り， ゴ ムがは が れ てこない よ うに し た

。

それ か ら

一

日おいて

，

接 着 性

の ゴムが硬 化 する の を待っ て

，

上 か ら

9mm

厚の鋼板を ボル トで押え た。 これ は接 着 剤が硬 化す る前に 圧着す る と接 着 剤が流れ出し て しまい十 分な密閉性が得られ な く な るか らで ある

。

側 面の片 側の シ

ー

リングを行っ た後に 試 験 体 を裏が え しに して

，

残る片 側の シ

ー

リング を行っ た

。

押え の た め の鋼 板の ボル ト穴は ル

ー

ス ホ

ー

ル とし

，

ワッシ ャ

ー

には

，

テフロ ン ワ ッシャ

ー

を用い鋼 板が試 験 体の変 形 を拘 束 するこ とが ないよ うに し た。 シ

ー

リング の方 法 を説 明し た の が Fig

，

5である

。

　次に_， 壁 表 面に取 り付 ける圧 力 箱の 詳 細 を 示す

。

Fig．

6に示す ように 中 央に 62×99　mm の 開口を もつ 厚 さ2cm ， 硬 度30度の ゴム プレ

ー

_{トをゴム接 着 剤で壁 表} 面に接 着さ せ，その上に同じ形の硬 度 60度の ゴ ムプレ

ー

トを接 着する。 2枚の ゴム の上に 9mm 厚の鋼 板 を載せ， ボル トで 固定し た

。

ゴム プレ

ー

トや鋼 板の ボル ト穴は ル

ー

スホ

ー

ルとし， テ フロ ンワッシャ

ー

_{を用い た}

_。

₂

_枚 の ゴムプレ

ー

トと鋼 板 を圧 力 箱 とし た

。

鋼 板に はナ イロ ン チュ

ー

ブ を 取 り付ける ための メ ネジが 6個 設けてあ る。 　§

4．

漏洩実験法 　4

，

1

　ひ び わ れ幅の_制御 　 試 験 体のコ ンク リ

ー

トに埋め込ま れ た

，D19

の先 端 はMl6 の ネジになっ て い る

。

こ の ネジ を利用して

，

剛 性の高い加 力 用ビ

ー

ム を 試験 体の 上下に取り付け る。 加 力 用ビ

ー

ム の芯に_位置する_球座を介して_， 100t アム ス ラ

ー

万能 試 験 機で引張 り力 を 加え る

。

加 力の システム を

Fig．

7に示 す

。

試 験 体の 中 央の危 険 断 面にひび わ れ を 発 生させ る

。

ひびわ れ幅は

Fig，

8に示す よ うに 4 個の_変 位 計に よっ て測 定する

。

4個の変 位 計の値 を平均し て ひ びわれ幅で ある とし た

。

試験 体， ひびわ れ幅に よ らず， 4個の_変位計は ほと んど等しい値を示し た。 変位 計の値 と試験機の引張り力で ひびわ れ幅を制 御す る わ けで あ る が

，

酸 素ガス流入側の圧 力に よっ て ひび わ れ幅は多 少 変 化す る。 圧力に よ るひび わ れ幅の 変 化はできる限り調 整 す る よ う に し た

。

　 4

．

2

漏 洩量の測定 　 漏 洩量の_{測 定}シス テムを Fig

．

9に_示す。 ガス ボン ベ か ら供 給さ れ た酸素ガスは流入側の圧 力箱に 入 り

，

ひび わ れの間 を通 過し

，

流 出 側の圧 力箱に流れ る。 流出側の 圧 力箱に は_， 測 定 範 囲の_異なる 5 種類の_精密ニ

ー

ドルバ ル ブ付の_面積流量計が取り付け ら れ ている。 各流量計の 流 出 側は大 気 （約 1atm ）へ 開 放_{さ れ}てい る

。

ガス の 漏 洩量 を精度よ く 測定し うる流量計 1個を 選び_， その流量 計で漏 洩 量 を測 定 する

。

使 用し ない流 量 計の バ ル ブは閉 めて いる

。

5種 類の流量計は ［酸 素ガス用

，

20℃

，

latm

，

最大 201／min _］

_，

_［窒素ガス用

，

20℃

_，

_1atm

_，

_{最 大 10}

1

／min _］

_，

_［酸素ガス_用，20℃_， 1　atm _{， 最}大2　t_／min _］

， ［窒 素 ガス用

，

20℃

_，

1atm

_，

最 大

0．

51

／min _］

_，

_［酸素ガス用

，

合

u

Fig

．

6　Pressure　

box

SPherlcd」Olnt

尸StrOln

へ 　 　Guge

一

_’

L

　PC　Bqr Box

合

∫Sphe「ical　J°i”t

u

辷 　PCBar

Fig

．

7Method　of　contro 且ing　crack　width

、

c

Fig

．

8　Method　of 皿easuring 　erack 　width

5

5

Fig

．

9　 Measuiing　systemOPtaxo

・

02（［’mln ，

20℃ _， 1atm _{， 最}大0

。

021 ／min _］で ある_。 窒素ガス_用の 流 量 計で得られ たデ

ー

タは酸 素ガス用に補 正し た

。

　 流入側と流 出 側に取り付けた圧 力 箱で 測 定し た 圧力の 差が， 壁 両 面の圧 力差 （Ap ）である

。

　圧 力 計 お よ び流 量 計 と圧 力箱の接続に は

，1

／

8

インチ の ナ イロ ン llチュ

ー

ブを用い， チュ

ー

ブの接続に は ワ ン タッチ継手を用いて_{， 実験}の_簡便を図っ た。 実 験 中の 雰 囲 気 温 度も測 定し た が ほ ぼ

20

℃ であっ た ので温度に よ る補正 は行っ ていない

。

　流入側の圧力は_{酸 素}ガ スボン ベ と 圧力 箱の_間に取 り付 け た バルブで制御し た

。

ひびわ れ幅を ほ ぼ

一

定に保っ た 状態で壁 両 面の 圧 力 差 （

4

ρ｝を変化 さ せ

，

そ れ ぞ れの圧 力差の と きの_漏洩量 を測定し

，

ひ び わ れ幅を変化さ せ る とい う手 順で実 験を行っ た。 ひ び わ れ幅 （

W

）と 圧力 差 （△

p

）と漏 洩量 （

Q

）の すべ て が定 常 状態に なっ た と き を 測 定 時と した

。

　 本 実 験の測 定 範 囲は

，

ひ び わ れ幅につ い て 1よO

．

05 mm

〜

_O

．

₆₀　mm _{程 度} ， 圧力 差につ い て は O

．

　Ol　atm

〜

2

．

　O atm _{程 度}

，

_{流 量}につ い て は 11／（min

・

cm ＞ までとし た。 こ こ で

l

／（min

・

cm ）は単 位ひび わ れ長 さ （1cm ） 当り の流 量 （‘

Umin

_）を表わす

。

壁 面すな わちガス の流 入， 流 出 面での単 位ひ びわれ長 さ （1cm ＞である

。

ただし， ひび わ れ長さは ひび わ れを 直 線 として考え た場 合の長さ で ある

。

_具体的に は流 量 計で測 定さ れ た総流量 を圧 力箱 の幅9

．

9cm で除し た もの で あ る。 　4

，

3　シ

ー

リングの確 認 　こ の種の実 験で は

，

前 述 し た シ

ー

リン グの効 果が十 分 であっ た か ど うか の確 認が不 可 欠である

。

シ

ー

リング効 果の確 認 試 験 を 実 験 開 始 前 お よび実 験 途 中に数 回 行っ た

。

実 験 前に

，Fig．

10に示す よ うにナイロ ンチュ

ー

ブ を 配 線 し_， まず 流入 側の 圧 力 箱の 密 閉 性 を 調べ た

。

Fig．10

のバル ブ1と4を 閉じ

，

バル ブ2と3と

5

を あ け， 流入側の圧 力 箱 内の圧 力 を3atm 程 度に上 げた後， バ ル ブ 1

〜

4を 閉め_， バ ブル 5を あけ_， 流入側の圧 力 箱 の圧 力の時 間 的 変 化 を調べる。 同 様な方 法で流 出側の圧 力 箱の 密 閉 性 を 確 認 し た。 圧 力 低 下が0

．

001atm／（10 sec ）程 度で あ れば密 閉 性が保た れ て い るとし た。 実 験 中の ひびわれが 生じて い る場 合の密 閉性の確 認 試 験は次 の手 順で行っ た。 Fig

．

10におい て バ ブル

1

と5を閉め

，

バ プル 2

〜

4 を あ けて

，

流入側と流 出 側の圧力 箱 内の圧 力を3atm 程 度にあ げ た後， バ ル ブ2

〜

4を 閉 め， 流入 側と流 出 側の圧 力箱の圧 力の時 間 的 変 化 を調べ _た

。

_{以 上} の操 作の結 果，圧 力 計の読み の変 化の大きい場 合は

，

せっ けん水で ガス の漏 洩か所をさがし

，

そ こを接 着 性ゴ ム で 補 修し

，

シ

ー

リングの 効果が 十 分であ るこ と を確認 し た 後

，

実 験 を再 開した

。

　§5

．

実 験 結 果お よ び考察 　 Fig

．

11

，

12は 壁 厚 （

T

）お よ びひ びわれ幅 （w ）を

一

定

一 30 一

に し た場合の流 量（

Q

｝と圧 力 差（△ ρ）の_関係の 6 例を示 し たもの で ある。 図 示し た ように， 圧 力 差 （

Ap

）が小さ い範 囲で は

，

流 量 （

Q

｝は圧 力 差 （△_p〕に比 例し て い る

。

Fig．

11の 15

−A

_，　

Fig．

12の 15

−B

の 試 験 体で は_， ある

圧 力 差 （△ρ）以 上の部 分で流 量 （

Q

）と圧 力 差（

Ap

）の比例 関係が くずれ て いる

。

こ れ は

一

般に流れ が 層流か ら乱 流 に遷移すると きに_見られ る_現象である

。

流量 （

Q

｝と 圧力 差 （

A

ρ）の比 例 関 係が くずれ るの は層 流 的な流れ か ら乱 流 的な流れ に変わっ た た め と考え られ る

。

現実問題と し て_{， 漏}洩が_問題に な る の は_， 比較 的， 圧力 差が小さい場 合であることも考 慮し て， 本 論 文で は層 流 的な流れの範 PI

　

8ex 　Side

Fig

．

10　Method　of　confirming 　the　gum　sealing

15 　 　 官

　　

9　 　

・

嵳

t。 o O

．

5 　 　 　O　　　　　　　O

．

5　　　　　　　to　　　　　　　1

．

5　　　　　　　

20

　 　 　

riP

（q量m _）

Fig

．

11　

Q

（f且ow 　rate _）

−

Ap _（pressure　defferential_）relationship

1

．

5 　 　 to

（

Eu 匚 石

、

一

）

O 05 　 　 O　　　　　　　o5　　　　　　 1

．

o 　 　 　 　dP （q電m ） Fig

．

12　

Q

（f星ow 　rate _）

−

Ap _〔pressu爬 defferential）relationship

囲の み を扱 うこ とに し た

。Fig．

13は

3

軸に壁厚 （

T

）， 圧 力 差 〈

Ap

｝

，

ひ び わ れ幅 （

W

＞を とっ た と き に流量 （

Q

） と圧 力 差 （

Ap

）が比 例 関 係か らはずれて く る点を プロ ッ ト し て描い た境 界面で ある

。

原 点 側の領 域が本 論 文で 扱っ てい る範 囲である。 式で表せば次 式とな る。 　　 　

−

5

．

25

・

Ap ．

ワレz十

T

十 〇

．

0132

・

Ap −

2500

・

MF

　 　 　 　十812 ≧0

…・

………・

………・

…・

……・

（1＞ 上 式は単な る実 験 式で あ り

，Ap ，

　

W ，

　

T

の _{単 位}は そ れ ぞれ g／cmZ

_，

　 cm

_，

　cm で あ る。 実 験 式であ るの で

，

実験 範 囲で ある ところの Ap ≦2000　g_／cm2

，

15cm ≦T≦60 cm _をこえ るもの では ない。 T

Fig

．

_{13　Proportional}亅imit　Qf　

Q −

4P　relationship

as §（n

．

E 髦 0 　 0

．

1 　 　 O 　 　 　 　lt60　　　　 1’30_{1’T（1κm ）}1’15

Fig

．

14　

Q

（flQw　rate）

−

T （thickness　of 　the　wali _）relationship

07 書

．

星

Q5 耳 Oo3 o

．

1 　 　 0 　 　 　 　1’60 　 　 1’3D_1’T 〔1’c而 　 1’IS

Fig

．

₁₅

Q

（f｛ow 　rate ）

−

T （thickness 　of　the　wall ）relationship

　ひびわ れ幅 （

W

）お よ び圧 力 差 （Ap ）を

一

定に した と き の _流量 （

Q

）と壁厚 （

T

）の _{関 係}を

Fig．

14， 15に 示す

。

Fig．14，15

よ り

，

流量 （

Q

｝は壁 厚 （

T

）に反比 例す る と いえ る。 　

Fig．

17に

Q

＝

i

・

W3 ・

ムp／（μ

・T

）と し た と きの i と

W

の_関係の頻 度分布を 示す

。Fig，

16

に示す よ う に

，

ひ び わ れ 面 を平面 と考え

，

気体は平 行 平 面 間で

，

二 次 元ボ ア ズイユ流 （非圧縮

・

層流を仮 定し た粘性 流 体の_流れ）と し て流れ る と仮定す れば

，

文献

3

）に示さ れて いる よ う に

，

気 体の流 量 （

Q

》は 次 式 と な る

。

　 　 　

Q

＝ （

1

／

12

）

・

wa ・

_△p ／（ μ

・

7マ

）

・

……・

・

…・

………

（2 ） 　μ は気 体の粘 性 係数で あ る。

Fig．16

に示 す 極 端に理 想 化 し たモ デル に よ る （2）式から 　 　 　

Q

；

ff

・

W3 ・

Ap

／（μ

・

T）

……・

・

………・

・

（3） と して

，

実 験 結 果から

，

ffを求 め よ う と したもの である

。

（3） 式に おい て酸 素ガス の粘 性 係 数は 20

“

C

を基準に して μ

＝

2

．

04×10

−

7g

・

sec_／cmz とし た

。

　

Fig．

17

_{に よ れ} ば

，

i はひび わ れ幅 （吻 に関 係し

，

（2＞式にお ける係 数 （1／12）より は

，

は る か に小さい

。Fig．

17か ら平均 的なi と

W

の 関係 を求 めれ ば下 式 と なる

。

　 　 　i

＝

＝

3

．

4XIO

−

a（60　W 十〇

．

9

）

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　

一

一

・

・

一

（4 ）

Prossure　　Di響，oren電lo1

tion

　

　 　 Length 　　　（

（a_）Actua量crack _（

b

_）Idealizationof　crack 　and 　 　 　 　gas　flQW

　 　 　 Fig

．

16　1dealiza色ion

側 ↑ 呂 o

、

蠡

コ

）

　　

Fig

．

₁₇i （coefficient _）（

≡

μTQ ／WsAp ）

−

W （crack　width _）

　 　 　relationship

上 式にお け る

W

の _{単 位}はcm であ る。 実 験 値 として

，

ff

が （

4

）式の よ う に な る大き な原 因として

，

ひび わ れ 面が平 面でない こ と が考え られ る

。

実 際に

，

試験 体15

−

A

の ひ びわ れ面の

一

_部の _{断 面}を計測 し た結 果 は

，

Fig．18

の よ う な形である

。

　

Fig．

−18

に示す ような ひび わ れ面の巨視 的な 凹 凸

，

細骨材の_存在に よ る微 視 的な凹 凸が理想モ デル とは大き く異なる_点であ ろ う。 　

i

を （

4

）式で表現 す れば

，

次元 の問 題が生じて く る

0

　

1

　

2

　

34

　

5

（

cm

_）

Fig

．

18　Section　of　the　crack 　surface

a15 O 　 Q 50Q OOo π Ego α ミ ヨ ゴ o ヨ

）

●

　●

s o

■

■

　 　 　

・

　　　

・

　　　　　　 ●

　 　 　 ：

　　　　　　　　

・：

， 　 　　 　

・

．

　 　

1

°

・

　 　 　

．

●

　　　

●

　 　　

・

°

： _：

・

．・

°

　

・ °

｝

’

_寸

゜

　　　 ●



・

　 　 　 ロ

・

_f

_，

t

　　●

O　　　　　　　　　QO5　　　　　　　010　　　　　　　Q15 　 　 　 QExperiment 　

Gtmincm

_）

　 　Fig

．

19　The　Accuracies　Qf 　 eq

．

（5） 09 07 05 30 O ∩

2

∩ 三 9a ミ 量 コ ∩ ∋

）

Q1

　●

・

，

　　　　　　　　　 ，

　 　 　 ■　

．

　

●

　

・

　　　　　 ・

3

．

　

・

　　　　　　 ●

　

　

o 　 　 　

コ

　

　

　 　 　 9，

■

、・ 　 　 　

●

　　　

・

　 　 　 、 　 　 　 　

■

　

・

．

　　　　　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　 　 　

・

ぶ　　゜

°

　 　 　

唖

の

　 　 、 　 　蒭 　

・

Le

　　

琶

．

・

｝ ・’ 　 　 　

　

．

　 　 v

●

♂

・。

　 　

■

●

・

　

●

o

　　　　 ●

．

■

s’，

。

茜 　 ’ o　 　o

．

1 Fig

．

20 03　　　　　　0

．

5　　　　　　0

．

7　　　　　　 α9 　 　 　 　QExperiment 〔レmincm _｝

The　accu 匸acies 　o歪eq

．

（5｝

一 32 一

の で （4） 式の vaをな ん らか の基 準長 さで無次元 化で き れ ば

，

その方がよい

。

i が

W

に関 係す る

一

つ に_， 上 述の よ うに巨視 的なひび わ れ面の凹 凸 が 大 き く関 与 して い ると考えられ る。 巨 視 的な凹 凸の形 状は骨 材の最 大粒 径に大き く影 響さ れ るであ ろ う。 また極 限 を考え れ ば， す な わ ち

，

壁 厚

，

ひび わ れ幅ともに極 めて大き く な れ ば

，

i は _（1／12 ）に近づ くもの と考え られる

。

こ れ らの こと を勘 案 し， 実 験 式で あるところの （3 ）， （4 ）式 以 上の 意 味 を もつ もの では ないが

，

（3）

，

（4） 式 を 下 式の よ うな表 示に か え た

。

　　 　

Q

＝

a

。

Ap ・W3

／〔μ

・

T

）

……・

……・

…・

………・

（

5

） 　　 　a

＝1

／

12− o¶

0112

／（w十 〇

．

135

〕

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　（

6

） 　　 　ω； w ／

l

）

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…一…

　

4−−4−・

・

・

・

・

・

…

　

一…

　

一

（7 ） （5 ）式の _μ は酸素ガス の粘性係 数で あ りμ

＝2．04

× 10

−

7g

・

_sec／cm2 で ある

。

（

7

）式に お け るひびわ れ幅

W

を無 次元化する た めの基 準 長さ

D

は骨材の最 大 粒 径で あ る

。

（

5

）式の_精度 を最終的に確認す る た め に （

5

） 式で 計 算し た流 量 （

Qca

、CUI。ted）と 実 験で測 定さ れ た流 量 （

Q

。

xpe

．

tme

。

t）の比 較 を行った

。

その比 較の結果 を

Fig．

19，

20

に 不 す。 　実験にお け るパ ラ メ

ー

タ

ー

も少く

，

特に （7 ）式の よ うに

，

ひ びわ れ幅 （  を 無 次 元 化す る た めの基準長さ を骨材の_{最大粒 径}に してい る点 等

，

今後

，

検 討してい か な け ればな ら ない点を多々有し てい ること はい う ま で も ない が

，

単純な形で

，

_相当の精 度で実 験 結 果 を整 理しえ た とい え よ う。 （

5

）式の適 用範囲 は

，

本実験の範囲 を こえ る も の で は ない。 　§

6．

結 語 　コンク リ

ー

ト壁 試 験 体に 1 本の_引張り ひ び わ れ を生 じ させ

，

酸 素ガスを用い た気体漏 洩 実 験の手 法と結果を示 し

，

ひび わ れに よ る酸素ガス漏洩量 が壁 両側の 圧力差に 比 例 する範 囲が存 在し

，

その_{範 囲 内}であ れ ば

，

漏 洩量 は （5）式で表しうること を示し た。 　 謝 　 辞 　 東 京 工 業 大 学

・

土 木 工 学 科の灘 岡 和 夫 博士には

，

実 験 結 果の ま と め方につ い て

，

種々 の御 助 言をいた だ き ま し た

。

心 よ り感 謝し た しま す

。

参 考 文献

1）　S

，

H

．

　RizkaUa

，

　B

．

　L

．

　Lau

，

　S

，

H

．

　Simmonds _；Air　Leak

−

　 age 　Characteristics　ln 　Reinforced　ConcTete：

Journal

　Qf 　 Structural　Engineering

，

　Vol

．

　llO

，

　No

，

5

，

　May　1984

2）　

J．

Tinker

_，

　R

．

　DeL　Frate

，

　S

．

　H

，

　Rizkal］a ：The　Predic

．

　 tion　of 　AiT　Leakage　Rate　Through　Cracks　in　Pressurized 　 Reinforced　Concrete　Containment　 Vessels：Transac

−

　 tions　of　the　8th　Internation

’

al　Confere皿ce 　on 　Structural

　 Mechanics 　in　Reactor　Technology

．

　Vol

．

J

_（

J1

／7）1985 3） 高 野 　瞳 ：流 体 力 学

，

岩 波 書 店

，

1982年版

SYNOPSIS

UDC:69.022.1:691.32

FUNDAMENTAL

EXPERI]vrENTS

ON

THE

LEAKAGE

OF

GAS

THROUGH

CRACKED

CONCRETE

WALLS

byroSHIRO SUZUKL Piofessorof Tokyo Institute of

Technology,Dr.Eng., KATSUKI _TAKIGUCHI,

ate Professor of TokyoInstituteof Technology, Dr.Eng.,

YUTAKA IDE,

Graduate

Student of T.I.T, and

MASAHIKO UCHIYAMA, Tomoegumi IronWorks,

bersof A.I.J.

The

air-tightness of concrete walls

is

important

for

nuclear-related

facilities.

A

concrete wall

has

very

high

probability

of

developing

cracks due to shrinkage, seismic

forces

or other

factors.

It

is

therefore essential to be

able topredictthe amount of_gas which will

leak

through a cracked concrete wall.

This

paper

discusses

the

degree

of _gas

leakage

through cracks

in

a concrete wall,

Basic

experiments were car-ried out on gas

leakage

through _{a cracked concrete wall.}

_The

_{experiment was conducted ttsing oxygen as the}

gaseous

body,

and was

btised

on _parameters consisting of the width of the crack, the thickness of the wall and the _pressure differentialacross the wall, In the experiment, a single tensile crack was _preducecl

in

an

ex-perimentalwall.

The

leakage

rate

Q

was

formulated

as a

funetion

of

W

(cm)

(width

of the crack),

_Ap

(pressure

differential),

T

(thickness

of _thewall), _p

(viscosity

of oxygen

_gas),

and

D

(maximttm

_particle

diameter

of aggregate),